享元模式
1 概述
定义：
运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。
2 结构
享元（Flyweight ）模式中存在以下两种状态：
- 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
- 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。
享元模式的主要有以下角色：
- 抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）。
- 具体享元（Concrete Flyweight）角色 ：它实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
- 非享元（Unsharable Flyweight)角色 ：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
- 享元工厂（Flyweight Factory）角色 ：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。
代码如下：
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 21:11
*/
public abstract class Animal {
public abstract String getName();
public void getInfo(Integer age){
System.out.println("age:"+age+",name:"+getName());
}
}
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 21:18
*/
public class Cat extends Animal {
@Override
public String getName() {
return "猫";
}
}
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 21:20
*/
public class Dog extends Animal {
@Override
public String getName() {
return "狗";
}
}
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 21:25
*/
public class AnimalFactory {
private static Map<String,Animal> animals = new ConcurrentHashMap<>();
public static Animal getAnimal(String key){
Animal animal;
if(!animals.containsKey(key)){
if("猫".equals(key)){
animal = new Cat();
}else{
animal = new Dog();
}
animals.put(key, animal);
}
return animals.get(key);
};
}
测试代码：
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 21:34
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal cat1 = AnimalFactory.getAnimal("猫");
Animal cat2 = AnimalFactory.getAnimal("猫");
Animal dog = AnimalFactory.getAnimal("狗");
cat1.getInfo(13);
cat2.getInfo(12);
dog.getInfo(11);
System.out.println(cat1 == cat2);
}
}
3 优缺点和使用场景
1，优点
- 极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能
- 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态
2，缺点：
为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂
3，使用场景：
- 一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。
- 对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
- 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。
4 JDK源码解析
Integer类使用了享元模式。我们先看下面的例子：
/**
* @author WGR
* @create 2021/1/13 -- 22:00
*/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = 127;
Integer i2 = 127;
System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象？" + (i1 == i2));
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象？" + (i3 == i4));
}
}
为什么第一个输出语句输出的是true，第二个输出语句输出的是false？通过反编译软件进行反编译，代码如下：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i1u548ci2u5bf9u8c61u662fu5426u662fu540cu4e00u4e2au5bf9u8c61uff1f").append((boolean)(i1 == i2)).toString());
Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i3u548ci4u5bf9u8c61u662fu5426u662fu540cu4e00u4e2au5bf9u8c61uff1f").append((boolean)(i3 == i4)).toString());
}
}
上面代码可以看到，直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是 valueOf() ，所以只需要看该方法即可
public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
int h = 127;
String integerCacheHighPropValue =
sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
if (integerCacheHighPropValue != null) {
try {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
} catch( NumberFormatException nfe) {
}
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high >= 127;
}
private IntegerCache() {}
}
}
可以看到 Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间数的 Integer 对象，当调用 valueOf 时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回，否则创建一个新的 Integer 对象。